Методические указания и задания по выполнению контрольной работы для студентов заочного отделения специальности (стр. 4 из 6)

Исходные данные: 1) q, м/сут – удельный расход подаваемых на орошение стоков (q = 0,001…0,010 м/сут);

2) Н – глубина УГВ или мощность зоны аэрации (Н = 5…30 м).

3) К, А – коэффициент фильтрации и пористость грунтов зоны аэрации (К = 0,05…1,0 м/сут; А = 0,35…0,50);

4) m – мощность водоносного горизонта (m = 10…20 м);

5) L и S – длина (в направлении естественного потока грунтовых вод) и ширина массива орошения (300…600 м).

6) Р_min, µ – минимальная норма годовых осадков и их коэффициент использования (Р_min = 0,3…0,5 м; µ = 0,85);

7) С_о, С_ф – концентрации загрязняющих веществ (фоновая и в сточных водах) (С_о = 0; С_ф = 0,20…0,50 г/л);

8) Т_м – продолжительность межполивного периода (220…250 сут);

9) i – уклон естественного потока грунтовых вод (i = 0,05…0,20).

Указанные исходные данные по вариантам выполнения задания приведены в табл. 3.1.

Порядок выполнения. Прогноз качества подземных вод включает две основные оценки: а) времени достижения стоками уровня грунтовых вод; б) концентрации загрязняющих веществ в грунтовых водах под орошаемым массивом.

Время (Т, сут) достижения стоками уровня грунтовых вод под орошаемым массивом оценивается по формуле

(2.12)

где Н – мощность зоны аэрации (глубина уровня грунтовых вод), м;

А – пористость грунтов зоны аэрации в долях единицы;

К – коэффициент фильтрации грунтов зоны аэрации;

q – удельный расход подаваемых на орошение стоков, м/сут;

q = Q_с/F;

Q_с – общий расход подаваемых стоков, м³/сут;

F – орошаемая площадь, м². F = L · S.

Т а б л и ц а 3.1. Исходные данные для прогноза возможного загрязнения подземных вод

Предпоследняя цифра шифра					Последняя цифра шифра
Цифра	q, м/сут	К, м/сут	Н, м	А	Цифра	m, м	LхS м х м	Сф, г/л	i
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
0	0,0018	0,060	8	0,36	0	20	350х600	0,47	0,18
1	0,0021	0,070	10	0,37	1	19	350х620	0,43	0,17
2	0,0025	0,080	12	0,38	2	18	400х600	0,40	0,15
3	0,0030	0,100	15	0,40	3	17	430х600	0,38	0,13
4	0,0042	0,120	18	0,41	4	16	470х590	0,35	0,11
5	0,0050	0,150	20	0,42	5	15	500х600	0,32	0,10
6	0,0060	0,280	22	0,43	6	14	510х580	0,30	0,10
7	0,0070	0,440	24	0,44	7	13	520х570	0,29	0,09
8	0,0080	0,650	25	0,46	8	12	550х600	0,28	0,08
9	0,0090	0,810	26	0,47	9	11	560х580	0,25	0,07
П	0,0035	0,110	16	0,45	П	15	460х580	0,36	0,12

Примечание: В нижней строке табл. 3.1 приведены данные примера расчета.

Формула 2.12 применяется при К

q, т.е. при орошении дождеванием, когда происходит свободная фильтрация стоков без образования слоя жидкости на поверхности поля. Если зона аэрации имеет неоднородный, например, двухслойный характер, то время Т рассчитывается для каждого слоя в отдельности и складывается.

Сравнивая полученное время Т с временем выживаемости бактерий (около 300 сут), оценивают возможность попадания микроорганизмов в грунтовые воды и возникновения их бактериального загрязнения.

Прогнозный расчет концентрации загрязняющих веществ (нитратов) в грунтовых водах проводится с учетом их начального объема под массивом орошения (W₀, м³), объема профильтровавшихся сточных вод (W_ф, м³) и объема профильтровавшихся осадков (W_р, м³). Концентрация загрязняющих веществ (ЗВ) в грунтовых водах к концу первого года орошения (С₁, г/л) определяется по формуле:

(2.13)

где С_о – начальная (фоновая) концентрация ЗВ в грунтовых водах, г/л;

С_ф, С_р – концентрация ЗВ в сточных водах и атмосферных осадках, г/л.

В практических расчетах величины С_о и С_р обычно принимаются равными нулю.

При прямоугольной форме орошаемого массива (рис. 2.5), имея его ширину (S, м), длину (L, м) и мощность водоносного горизонта (m, м), начальный объем определяется как W_o = LSmА, м³.

Величина W_ф принимается в пределах 10…30 % от годового объема поданных на орошение стоков W_с, который, в свою очередь, определяется умножением проектной оросительной нормы (М = 800…1200 м³/га) на площадь орошения (F,га). Объем профильтровавшихся осадков рассчитывается по формуле

W_р = SLР_min (1 – µ), (2.14)

где Р_min – минимальная норма годовых осадков, м; Р_min = 0,3…0,5 м;

(1 – µ) – коэффициент просачивания осадков; µ = 0,8…0,9.

Рис. 2.5. Схема к расчету концентрации загрязняющих веществ в грунтовых водах: 1 – зона грунтовых вод, загрязненных в предыдущий поливной период; 2 – зона чистых грунтовых вод; 3 – направление потока грунтовых вод.

Ввиду наличия естественного потока грунтовых вод в течение межполивного периода происходит отжатие загрязненных с концентрацией С₁ вод по потоку чистыми (фоновыми) грунтовыми водами (рис.2.5). В следующие поливные периоды (годы) фильтрующиеся стоки опять смешиваются с грунтовыми водами, которые теперь состоят из двух частей: образовавшихся в предыдущий поливной период загрязненных вод (∆W_{j -1}, м³) и чистых грунтовых вод (∆W_о, м³). Прогнозная оценка концентрации ЗВ в грунтовых водах к концу j-₁ года орошения выполняется с использованием зависимости

(2.15)

где С_j-1 – концентрация загрязняющих веществ в грунтовых водах к концу года, предшествующего расчетному, г/л.

Объемы ∆W_о и ∆W_{j – 1} определяются с учетом скорости потока грунтовых вод:

∆W_о = S V Т_м mА; (2.16)

∆W_{j – 1} = S(L – VТ_м) mА, (2.17)

где V = К · i/А – скорость потока грунтовых вод, м/сут;

К – коэффициент фильтрации водоносного слоя, м/сут;

I – уклон (градиент) потока грунтовых вод;

Т_м – продолжительность межполивного интервала (октябрь – апрель), сут.

Расстояние, проходимое загрязненными водами в течение каждого года вниз по потоку, определяется умножением скорости потока (V, м/сут) на число суток в году.

Пример выполнения задания. Для примера расчетов используем данные нижней строки табл.3.1.

Время достижения стоками уровня грунтовых вод

Поскольку величина Т оказалась больше времени выживаемости бактерий (около 300 сут), возможность попадания микроорганизмов в грунтовые воды в нашем случае отсутствует.

Для расчета концентрации загрязняющих веществ предварительно определим следующие параметры: